CN108599720A - 一种密排cpv组件散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种密排CPV组件散热装置,包括半导体制冷单元、半导体温差发电单元和相变储能单元;所述半导体制冷单元包括半导体制冷片、第二导热基板、第一导热基板和换热器;所述半导体制冷片设在所述第一导热基板和所述第二导热基板之间;所述第一导热基板的下表面设有密排CPV太阳能电池组件;所述第二导热基板与换热器接触,所述相变储能单元包括相变储热材料和热水流道;所述半导体温差发电单元与相变储热材料接触。本发明解决密排CPV组件的散热难题,同时结合利用半导体热电材料温差发电功能和相变材料储热功能对密排CPV组件所产热量进行高效废热回收,实现太阳能综合利用效率最大化,降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域,特别涉及一种密排CPV组件散热装置。
背景技术
随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,太阳能作为理想的清洁可再生能源倍受瞩目。而光伏发电是近年来太阳能众多利用方式中发展最快、最具活力的研究领域。但是,由于缺乏有竞争力的装机成本和上网电价,光伏产业一直没有取得突飞猛进的发展。从技术上解决光伏发电的成本问题,已成为制约光伏行业发展的根本性问题。其中聚光光伏(CPV)技术在提高光电转换效率、降低光伏发电成本上被寄予厚望。
目前聚光硅太阳能电池和III–V族聚光多结太阳能电池的实验室最高效率分别为27.6%和46%。但是即使电池在实际系统中有这样高的转换效率,仍然有超过50%的能量转化为热量,而且这种热量会随着聚光比的增加而增加。如果聚光太阳电池上的热量不能及时散掉,电池的温度就会逐渐升高,温度的升高会使电池发电效率降低,长时间的高温还会缩短电池的使用寿命。另一方面由于构成CPV组件的不同材料具有不同的热膨胀系数,长期热应力的作用会使组件结构永久破坏。总而言之,在设计聚光光伏系统时必须考虑CPV组件的散热问题。特别是对于那些用于碟式或定日镜高倍聚光器的密排CPV组件,因为此类组件的可用散热面积有限,散热要求会更高。此外,密排CPV组件采用的传统冷却方式是直接将其散发的热量带走排除,导致这部分热量直接浪费。如果重新利用这部分热能,可提高整个系统的太阳能利用效率,降低成本。因此,如何为密排CPV组件高效散热以及回收利用这部分热能,成为本技术领域致力于解决的问题。
半导体热电材料利用其热电效应可以将热能直接转换为电能,也可以由电能产生制冷作用。中国专利“太阳能温差发电移动冰箱”(申请公开号CN106766494A)已提供一种利用太阳能光电发电的同时,进一步利用温差进行发电,但是他们直接在冷凝器或半导体制冷片的热端或太阳能发电板固定温差发电片来实现多余热量的回收发电,这样半导体制冷片或太阳能发电板与外界之间的热阻增大,半导体制冷片的热端或太阳能电池运行温度较高会对制冷效果、电池的使用寿命以及可靠性产生众多不利影响,无法实现半导体制冷、太阳能光电发电、温差发电同时高效、可靠运行。因此,如何在保证密排CPV组件充分散热的同时,利用半导体热电材料对密排CPV组件所产废热进行高效回收,实现太阳能综合利用效率最大化,降低成本是本技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供了一种密排CPV组件散热装置,解决密排CPV组件的散热难题,同时结合利用半导体热电材料温差发电功能和相变材料储热功能对密排CPV组件所产热量进行高效废热回收,实现太阳能综合利用效率最大化,降低成本。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种密排CPV组件散热装置,包括半导体制冷单元、半导体温差发电单元和相变储能单元;所述半导体制冷单元包括半导体制冷片、第二导热基板、第一导热基板和换热器;所述半导体制冷片设在所述第一导热基板和所述第二导热基板之间;所述第一导热基板的下表面设有密排CPV太阳能电池组件;所述第二导热基板与换热器接触,用于热能传递;所述相变储能单元包括相变储热材料和热水流道,所述热水流道依次通过换热器和水泵闭环连通;所述热水流道周围填充所述相变储热材料;所述半导体温差发电单元与相变储热材料接触,用于发电。
进一步,所述换热器包括冷却水槽、带翅片的盘管、冷却水盘管出口和冷却水盘管进口;所述第二导热基板与所述冷却水槽接触,所述冷却水槽内设有带翅片的盘管,所述冷却水盘管进口与热水流道连通,所述冷却水盘管出口与水泵进口连通。
进一步,所述半导体温差发电单元包括半导体温差发电片、散热翅片和风扇,所述半导体温差发电片的热端与相变储热材料接触,且所述半导体温差发电片的冷端紧贴于所述散热翅片的下表面,所述散热翅片位置处设有所述风扇。
进一步,所述半导体制冷片的冷端通过导热硅脂与所述第一导热基板的上表面紧密相连,所述半导体制冷片的热端通过导热硅脂与所述第二导热基板的下表面相连。
进一步,所述相变储热材料采用无机相变材料或有机相变材料。
进一步,所述密排CPV太阳能电池组件为聚光硅太阳能电池或III-V族聚光多结太阳能电池。
进一步,所述第一导热基板、所述第二导热基板和所述带翅片的盘管材料均为铜或铝。
进一步,所述半导体温差发电片与所述半导体制冷片和所述风扇通电连接,用于为所述半导体制冷片和所述风扇供电。
本发明的有益效果在于:
1.本发明所述的密排CPV组件散热装置,由于半导体制冷片结构简单、无移动部件,使得密排CPV太阳能电池组件的整个散热装置体积紧凑。此外,半导体制冷片冷端温度容易控制,可以可靠保证密排CPV太阳能电池组件工作在合适的温度。同时,利用水冷把半导体制冷片热端产生的热量及时带走,然后储存于相变材料内以备半导体温差发电片使用,实现了聚光太阳能光伏发电、半导体制冷以及温差发电同时高效、可靠运行。
2.本发明所述的密排CPV组件散热装置,利用半导体温差发电片的热电效应将密排CPV太阳能电池组件所产热量转换成电能,并将电能用于带动半导体制冷片和风扇。因此,利用半导体热电材料不仅保证了密排CPV太阳能电池组件充分冷却,还对其所产热量进行了废热回收,实现太阳能综合利用效率最大化,进一步降低系统成本。
3.本发明所述的密排CPV组件散热装置,利用相变材料的超强储热能力不仅可以保证密排CPV太阳能电池组件的正常工作,而且可以解决热量需求和供给之间的不匹配,提高半导体温差发电单元的发电稳定性和效率。
附图说明
图1为本发明所述的密排CPV组件散热装置的结构与原理图。
图2为本发明所述的半导体制冷单元的结构与原理示意图。
图3为本发明所述的相变储能单元的结构与原理示意图。
图4为本发明所述的半导体温差发电单元的结构与原理示意图。
图中:
1-密排CPV太阳能电池组件;2-第一导热基板;3-半导体制冷单元;4-水泵;5-第一管路;6-半导体温差发电单元;7-相变储能单元;8-第二管路;9-半导体制冷片;10-第二导热基板;11-冷却水槽;12-带翅片的盘管;13-冷却水盘管出口;14-冷却水盘管进口;15-相变储热材料;16-热水流道;17-半导体温差发电片;18-散热翅片;19-风扇。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示,本发明所述的密排CPV组件散热装置,包括半导体制冷单元3、半导体温差发电单元6和相变储能单元7;所述半导体制冷单元3包括半导体制冷片9、第二导热基板10、第一导热基板2和换热器;所述半导体制冷片9设在所述第一导热基板2和所述第二导热基板10之间;所述第一导热基板2的下表面设有密排CPV太阳能电池组件1;所述第二导热基板10与换热器接触,用于热能传递;所述相变储能单元7包括相变储热材料15和热水流道16,所述热水流道16依次通过换热器和水泵4闭环连通;所述热水流道16周围填充所述相变储热材料15;所述半导体温差发电单元6与相变储热材料15接触,用于发电。
如图2所示,所述换热器包括冷却水槽11、带翅片的盘管12、冷却水盘管出口13和冷却水盘管进口14;所述第二导热基板10与所述冷却水槽11接触,所述冷却水槽11内设有带翅片的盘管12,所述冷却水盘管进口14与热水流道16连通,所述冷却水盘管出口13与水泵4进口连通。冷却水通过所述冷却水盘管进口14流入至所述冷却水盘管出口13流出以带走所述半导体制冷片9热端的热量;
如图3所示,所述相变储能单元7包括相变储热材料15、热水流道16,所述相变储热材料15填充于所述热水流道16上端的空腔内,所述热水流道16通过所述水泵4和所述第一管路5与所述冷却水盘管出口13相连;所述散热翅片18位置处设有所述风扇19,用于散热。
如图4所示,所述半导体温差发电单元6包括半导体温差发电片17、散热翅片18、风扇19,所述半导体温差发电片17设置在所述相变储热材料15和所述散热翅片18间。
具体地,所述半导体制冷片9的冷端通过一层薄的导热硅脂与所述第一导热基板2的上表面紧密相连,所述半导体制冷片9的热端通过一层薄的导热硅脂与所述第二导热基板10的下表面相连。所述半导体温差发电片17的热端紧贴于填充有所述相变储热材料15空腔的上表面,且所述半导体温差发电片17的冷端紧贴于所述散热翅片18的下表面。所述相变储热材料15采用无机相变材料或有机相变材料。所述密排CPV太阳能电池组件1采用聚光硅太阳能电池或III-V族聚光多结太阳能电池制作而成。所述第一导热基板2和所述第二导热基板10为铜或铝高导热材料。所述带翅片的盘管12采用铜或铝高导热材料制作而成。所述半导体温差发电片17利用废热产的一部分电可为所述半导体制冷片9和所述风扇19供电。
本发明的工作原理为:
到达由聚光硅太阳能电池或III-V族聚光多结太阳能电池串并联而成的密排CPV太阳能电池组件1的汇聚太阳光一部分转换成电能,另外一部分转换成密排CPV太阳能电池组件1的热使之温度升高,为了解决密排CPV太阳能电池组件1过热的可能,密排CPV太阳能电池组件1通过第一导热基板2与半导体制冷片9的冷端相连,当有直流电流流入半导体制冷片9时,其冷端就可通过第一导热基板2从密排CPV太阳能电池组件1不断吸热,为了散去半导体制冷片9工作时热端产生的热量,半导体制冷片9的热端通过第二导热基板10与冷却水槽11紧密接触,冷却水槽11内设置有带翅片的盘管12,冷却水通过冷却水盘管进口14流入至冷却水盘管出口13流出以带走半导体制冷片9热端的热量;从冷却水盘管出口13流出的热水通过水泵4、第一管路5流入相变储能单元7中的热水流道16,流经热水流道16的热水把热量传给填充于热水流道16上端空腔内的相变储热材料15,此时的热水就变为冷水通过第二管路8流入冷却水盘管进口14继续冷却半导体制冷片9的热端;半导体温差发电单元6包括半导体温差发电片17、散热翅片18、风扇19,半导体温差发电片17的热端紧贴于填充有相变储热材料15空腔的上表面,半导体温差发电片17的冷端紧贴于所述散热翅片18的下表面,这样就可利用半导体温差发电片17的热电效应将密排CPV太阳能电池组件1所产热量转换为电能,半导体温差发电片17利用废热产的一部分电可为半导体制冷片9和风扇19供电,实现太阳能综合利用效率最大化,降低成本。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种密排CPV组件散热装置,其特征在于,包括半导体制冷单元(3)、半导体温差发电单元(6)和相变储能单元(7);
所述半导体制冷单元(3)包括半导体制冷片(9)、第二导热基板(10)、第一导热基板(2)和换热器;所述半导体制冷片(9)设在所述第一导热基板(2)和所述第二导热基板(10)之间;所述第一导热基板(2)的下表面设有密排CPV太阳能电池组件(1);所述第二导热基板(10)与换热器接触,用于热能传递;
所述相变储能单元(7)包括相变储热材料(15)和热水流道(16),所述热水流道(16)依次通过换热器和水泵(4)闭环连通;所述热水流道(16)周围填充所述相变储热材料(15);
所述半导体温差发电单元(6)与相变储热材料(15)接触,用于发电。
2.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述换热器包括冷却水槽(11)、带翅片的盘管(12)、冷却水盘管出口(13)和冷却水盘管进口(14);所述第二导热基板(10)与所述冷却水槽(11)接触,所述冷却水槽(11)内设有带翅片的盘管(12),所述冷却水盘管进口(14)与热水流道(16)连通,所述冷却水盘管出口(13)与水泵(4)进口连通。
3.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述半导体温差发电单元(6)包括半导体温差发电片(17)、散热翅片(18)和风扇(19),所述半导体温差发电片(17)的热端与相变储热材料(15)接触,且所述半导体温差发电片(17)的冷端紧贴于所述散热翅片(18)的下表面,所述散热翅片(18)位置处设有所述风扇(19)。
4.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述半导体制冷片(9)的冷端通过导热硅脂与所述第一导热基板(2)的上表面紧密相连,所述半导体制冷片(9)的热端通过导热硅脂与所述第二导热基板(10)的下表面相连。
5.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述相变储热材料(15)采用无机相变材料或有机相变材料。
6.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述密排CPV太阳能电池组件(1)为聚光硅太阳能电池或III-V族聚光多结太阳能电池。
7.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述第一导热基板(2)、所述第二导热基板(10)和所述带翅片的盘管(12)材料均为铜或铝。
8.根据权利要求1所述的密排CPV组件散热装置,其特征在于,所述半导体温差发电片(17)与所述半导体制冷片(9)和所述风扇(19)通电连接,用于为所述半导体制冷片(9)和所述风扇(19)供电。
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